Th.S Châu Chí Đức
Kỹ thuật điều khiển
Thành phố Hồ Chí Minh
10-2008
LỜI NÓI ĐẦU
Tự động hoá công nghiệp và dân dụng ngày càng phát
triển. Bộ não trong các hệ thống tự động hoá là các bộ điều khiển
lập trình. Việc học và tìm hiểu về các bộ khiển lập trình cũng như
vận hành nó cho thật tốt đang là nhu cầu cấp thiết đối với học
sinh, sinh viên các ngành kỹ thuật.
Hiện nay tài liệu để giảng dạy và tham khảo về kỹ thuật điều
khiển lập trình còn khá hạn chế. Tài liệu ''kỹ thuật điều khiển lập
trình PLC Simatic S7-200'', là quyển sách đầu tiên trong bộ sách
về kỹ thuật điều khiển lập trình PLC họ SIMATIC S7, được biên
soạn với mong muốn góp một phần nhỏ vào việc giảng dạy và tự
học về kỹ thuật điều khiển lập trình của giáo viên, học sinh, sinh
viên và đọc giả quan tâm về PLC họ SIMATIC S7-200 của công
ty Siemens.
Tài liệu được chia thành 2 tập. Tập 1 bao gồm các phần cơ
bản phù hợp với các bạn mới bắt đầu làm quen với PLC, tuy
nhiên nó cũng có thể là tài liệu tham khảo cho các bạn đã có kiến
thức cơ bản về PLC. Tập 2 là phần nâng cao tập trung về các
vấn đề điều khiển số, truyền thông và màn hình điều khiển. Cấu
trúc chung của các tập sách là ở mỗi chương trong các phần đều
có ví dụ minh họa cho các mục, ngoài ra cuối mỗi chương có
thêm một số câu hỏi và bài tập để đọc giả rèn luyện thêm.
Dù có một thời gian dài làm việc và giảng dạy về kỹ thuật
điều khiển lập trình PLC họ SIMATIC, mạng truyền thông công
nghiệp và truyền động của hãng Siemens cho rất nhiều đối tượng
khác nhau cũng như đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn
nhưng tài liệu không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong được sự góp
ý chân thành của quý đọc giả để giúp tài liệu được hoàn thiện
hơn. Thư từ góp ý xin gởi về địa chỉ: ccduc2006@gmail.com.
Xin cám ơn.
LỜI TÂM SỰ
Tập 1 ''kỹ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200'' đã
được viết xong từ rất lâu. Nhưng vì nghĩ đến việc in ấn và phát
hành quá nhiêu khê, giá thành lại cao và phải chờ đợi thời gian
rất lâu tập sách này mới đến tay bạn đọc, nên tác giả đã hoãn lại.
Nghĩ rằng cung cấp cho đọc giả, các bạn học sinh, sinh viên và
giáo viên thêm một tài liệu tham khảo để làm phong phú thêm
kiến thức về tự động hóa là việc nên làm. Vì vậy tác giả chọn
phương án phát hành qua mạng và truyền tay dưới dạng tập tin
với phương châm '' sách hữu ích thì mới có nhuận bút''.
Các bạn thân mến!
Việc biên soạn tài liệu về kỹ thuật, nhất là kỹ thuật mới, đòi
hỏi người biên soạn ngoài kinh nghiệm chuyên môn còn bỏ rất
nhiều thời gian và công sức. Do đó sẽ là một niềm động viên vô
cùng to lớn cho tác giả để tiếp tục hoàn thành tập 2, bộ sách về
kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-300/400, các tài
liệu khác liên quan đến PLC họ SIMATIC, truyền thông công
nghiệp, truyền động của hãng Siemens nếu được sự động viên
từ tinh thần đến vật chất. Nếu thấy sách này giúp ích cho các bạn
thì khi các bạn sở hữu nó (có được từ bất kỳ phương tiện nào) ở
dạng tập tin hoặc được in ra ở dạng sách, xin vui lòng động viên
tác giả bằng cách chuyển tiền vào tài khoản số 49809449 cho
CHÂU CHÍ ĐỨC, ngân hàng Thương mại Á Châu (ACB) chi
nhánh Châu văn Liêm với số tiền tùy theo ý của các bạn.
Nếu các bạn có những ý động viên khác xin gởi thông tin
cho tác giả qua địa chỉ mail ccduc2006@gmail.com.
Cám ơn sự động viên của đọc giả.
Mục lục
I
Mục lục
1 Tổng quan về điều khiển .......................................................................1
1.1 Khái niệm chung về điều khiển .........................................................1
1.2 Cấu trúc một qui trình điều khiển .....................................................2
1.3 Các loại điều khiển ...........................................................................3
1.4 Hệ thống số ......................................................................................4
1.5 Các khái niệm xử lý thông tin ...........................................................5
1.5.1 Bit ...........................................................................................5
1.5.2 Byte ........................................................................................5
1.5.3 Word ......................................................................................6
1.5.4 DoubleWord ..........................................................................6
2 Bộ điều khiển lập trình PLC – Cấu trúc và phương thức hoạt động 7
2.1 Giới thiệu .........................................................................................7
2.2 Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng relay và hệ
điều khiển bằng PLC ..................................................................... 8
2.3 Cấu trúc của một PLC .................................................................. 11
2.4 Các khối của PLC ......................................................................... 13
2.4.1 Khối nguồn cung cấp ......................................................... 13
2.4.2 Bộ nhớ chương trình .......................................................... 14
2.4.3 Khối trung tâm (CPU) ......................................................... 15
2.4.4 Khối vào ............................................................................. 15
2.4.5 Khối ra ................................................................................ 16
2.4.6 Các khối đặc biệt ................................................................ 16
2.5 Phương thức thực hiện chương trình trong PLC ......................... 16
3 Cảm biến và cơ cấu chấp hành trong điều khiển logic ................. 19
3.1 Cảm biến ..................................................................................... 19
3.1.1 Giới thiệu ........................................................................... 19
3.1.2 Nối dây cho cảm biến ........................................................ 19
3.1.2.1 Switch ................................................................ 20
3.1.2.2 Ngõ ra TTL ......................................................... 20
3.1.2.3 Ngõ ra Sinking/Sourcing .................................... 20
3.1.2.4 Ngõ ra Solid state relay ...................................... 23
3.1.3 Phát hiện đối tượng .......................................................... 23
3.1.3.1 Chuyển mạch tiếp xúc ....................................... 23
3.1.3.2 Reed Switches ................................................... 23
3.1.3.3 Cảm biến quang (Optical Sensor) ...................... 23
3.1.3.4 Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor) ........... 25
3.1.3.5 Cảm biến điện cảm (Inductive Sensor) .............. 26
3.1.3.6 Cảm biến siêu âm (Ultrasonic sensor) ............... 28
3.1.3.7 Hiệu ứng Hall (Hall Effect) ................................. 28
3.1.3.8 Lưu lượng (Fluid Flow) ...................................... 28
3.1.4 Tóm tắt .............................................................................. 29
3.2 Cơ cấu chấp hành ....................................................................... 29
3.2.1 Giới thiệu ........................................................................... 29
Mục lục
II
3.2.2 Solenoid ............................................................................ 29
3.2.3 Van điều khiển (VALVE) .................................................... 30
3.2.4 Xy lanh (CYLINDER) ......................................................... 32
3.2.5 Động cơ ............................................................................ 33
3.2.6 Các cơ cấu chấp hành khác................................................ 34
4 Bộ điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200 ................................... 35
4.1 Cấu hình cứng ............................................................................. 35
4.1.1 Khối xử lý trung tâm .......................................................... 35
4.1.2 Khối mở rộng .................................................................... 39
4.1.2.1 Digital module ....................................................... 39
4.1.2.2 Analog module ...................................................... 40
4.1.2.3 Intelligent module ................................................. 41
4.1.2.4 Function module ................................................... 41
4.2 Màn hình điều khiển .................................................................... 42
4.3 Các vùng nhớ .............................................................................. 43
4.4 Qui ước địa chỉ trong PLC S7-200 .............................................. 46
4.4.1 Truy xuất theo bit .............................................................. 46
4.4.2 Truy xuất theo byte (8 bit) ................................................. 46
4.4.3 Truy xuất theo word (16 bit) .............................................. 46
4.4.4 Truy xuất theo 2 word (Double word = 32 bit) ................... 47
4.5 Xử lý chương trình ...................................................................... 48
5 Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi ....................................... 51
5.1 Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi .............................. 51
5.1.1 Giới thiệu CPU 224 và cách kết nối với thiết bị ngoại vi .... 51
5.1.2 Kết nối với máy tính .......................................................... 52
5.1.3 Nối nguồn cung cấp cho CPU .......................................... 54
5.1.4 Kết nối vào/ra số với ngoại vi ............................................ 54
5.1.4.1 Kết nối các ngõ vào số với ngoại vi .................... 55
5.1.4.2 Kết nối các ngõ ra số với ngoại vi ...................... 57
5.2 Kiểm tra việc kết nối dây bằng phần mềm .................................. 60
5.2.1 Status Chart ...................................................................... 60
5.2.2 Giám sát và thay đổi biến với Status Chart ....................... 60
5.2.3 Cưỡng bức biến với Status Chart ..................................... 62
5.2.4 Ứng dụng Status Chart trong việc kiểm tra kết nối dây
trong S7-200 ......................................................................................... 63
5.3 Câu hỏi và bài tập ....................................................................... 64
6 Phần mềm Micro/Win và ngôn ngữ lập trình ............................... 65
6.1 Cài đặt phần mềm STEP 7-Micro/WIN ........................................ 65
6.1.1 Yêu cầu hệ điều hành và phần cứng ................................ 65
6.1.2 Cài đặt phần mềm ............................................................. 65
6.2 Các phần tử cơ bản trong chương trình PLC S7-200 ................. 66
6.2.1 Chương trình chính OB1 (main program) ......................... 66
6.2.2 Chương trình con SUB (subroutine) ................................. 66
6.2.3 Chương trình ngắt INT(interrupt routine) .......................... 67
6.2.4 Khối hệ thống (system block) ............................................ 67